Jitter bei der USB-Übertragung

[tinnitus]

Edit: Die nachfolgende Aussage von Jürgen (shakti) bildet den Grundstein für eine Diskussion über USB-Jitter:

... wohingegen die Qualitaet der USB Schnittstelle schon von der Auslastung des Rechners beeinflusst werden kann. Auch sieht er als kritisch an, dass bei USB auch eine Versorgungsspannung uebertragen wird, die das Nutzsignal stoeren kann.
(bei meinen Ridge Street Audio USB Kabeln sind zB Versorgungspannung und Signal in unterschiedlichen Kabelstraengen untergebracht, diese kommen erst am Stecker wieder zusammen.)

Quelle: http://www.aktives-hoeren.de/viewtopic. ... 002#p15002

Hallo, ich glaub ich muss mal ein wenig aufklären.

@jürgen
Bei digitaler Datenübertragung werden Zahlenwerte (digital codiert) übertragen. Mit welchen Protokollen ist wurscht egal. Wenn der Wert 0011001010 gesendet wird (egal was er darstellt, codierte Buchstbaben oder Pixel oder Samplingwerte) erhält der Empfänger den Wert 0011001010. Es ist Bedeutungslos ob über USB, Ethernet oder per internen Pc-Bussen. Wenn dies nicht gewährleistet wäre könntet Ihr dies nicht lesen. Solange man sich im Digitalen Umfeld bewegt hat man es nur mit Zahlenwerten zu tun. Da kann auf dem Siganlweg parallel Strom und sonst was transportiert werden, dies stört nicht. Die ganze Datenverarbeitung ist so ausgelegt, dass kein bitchen verloren gehen darf. Ich hoffe alle Buchstaben kommen von meiner Tastatur über mehrere Protokolle bei Euch korrekt an.

Gruß Roland

[Fujak]

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Hm, ich weiß nicht, über welche Schnittstelle Du Deinen Beitrag gesendet hast, aber das kam bei mir an.

Nee, Spaß beiseite. Zum Thema USB-Schnittstelle: Ich habe hier gerade die aktuelle Stereoplay liegen. Dort werden 3 hochwertige D/A-Wandler getestet - unter anderem der Ayre QB-9 USB. Das besondere: Außer einer USB-Schnittstelle gibt es keine weiteren (also kein SPDIF oder TOS-Link etc.); er ist bewusst für den Einsatz am Audio-PC konstruiert.

Klanglich wird er als der beste von allen getesteten bewertet. Seine USB-Schnittstelle ist lt. Bericht aufwändig programmiert, sodass sie extrem jitterarm alle Samplingfrequenzen bis 96Khz bei 24bit Wortbreite umsetzt. Aporpos Jitter, ich vermute, dass es das ist, worauf sie das Zitat von Shakti bezieht. Solange weitere Störungsquellen wie eine separate 5V-Spannnung beim USB mitfließt, werden zwar nicht die reinen digitalen Informationen gestört, wohl aber der Takt. Daraus entsteht Jitter der meist gefürchtete weil hörbare Störfaktor bei der digitalen Signalverarbeitung. Übrigens: In einem parallel laufenden Thread beschreibt Franz die klanglich positiven Auswirkung durch Einsatz des Apogee Big Ben, als zentraler Taktgeber.

Unabhängig davon, was man von Testberichten halten mag, so zeigt der Ayre QB-9 USB doch, dass es durchaus möglich ist, auch mit USB ein gutes (=jitterarmes) Resultat zu erzielen, auch wenn der betriebene Aufwand dafür größer sein muss.

Grüße
Fujak

[shakti]

@Fujak
wenn Dich die USB Problematik interessiert, ist alles wunderbar bei

http://www.computeraudiophile.com

nachzulesen, nur so viel vorab.

Das Problem ist bei USB in der Tat der jitter, der stark von der Computerauslastung abhaengt, das heisst die Qualitaet des USB Signals (bzw des im Signal enhaltenen digitalen clock Signals) wird von der Processorauslastung (und der Auslastung der USB ports) beeinflusst.

Alle nachgeschalteten USB Geraete (so auch mein Lindemann) koennen nur so gut sein, wie das zugespeiste Clocksignal. Diese nennt man "syncronen" USB modus.

In den USB white papers wird aber auch beschrieben, wie man die USB Schnittstelle nutzen kann, den Computer extern zu takten, dh dass der Wandler die Clockinformation bereitstellt und den Computer "fuehrt" (asyncroner USB Modus),

fuer diese USB variante gibt es keine fertigen Bauteile zu kaufen und man muss selber programmieren. Der erste Hersteller dem dies gelungen ist war Wavelength Audio, danach ist es DCS gelungen (dies erklaert auch, warum bei DCS der USB EIngang an der Clock und nicht am DA Wandler ist) .

Die Mannen von AIR haben sich die Entwicklungsleistung bei Wavelength Audio eingekauft und sind insofern gut dabei. Auf der CES wurde auch der neue Reson Wandler gezeigt , der ebenfalls USB im Asyncronen Modus kann, Reson spricht von einem Jahr Entwicklungszeit...

Ich habe in meinem Set up eine Big Ben (und nun die DCS Verona) im Einsatz, da eine gute clock die digitale Wiedergabe auf jeden Fall stark nach vorne bringt, der von mir verwendetet Zardoz streamer (Airport Express Basis) hat auch einen entsprechenden Clock Eingang,

mfg
Juergen

[tinnitus]

Hallo,

also habt Ihr eigentlich schon was vom sogenannten "buffer" gehört? Heutzutage werden die Daten nicht mehr im Echtzeitstream verarbeitet. Dem USB Bus ist es egal was er überträgt, ob das eine Bilddatei, Textdarei oder Audiodaten sind, das kennt der garnicht. Den Takt überträgt er auch digital als Zahlenwert. Also was brauche ich an Informationen um aus diskreten Audiosampeln wieder den "Ton" zurückzucodieren?

1.) den Samplingwert für die Datei. (z.B. 96kHz) und das nur einmal für eine Datei.
2.) die Kodierungsart der Daten (z.B. 24Bit wav), da sie auch für die ganze Datei gilt: nur einmal.
3.) die Datenstückchen (in einem Speicher der entsprechend schnell gelesen werden kann: buffer)
das wars. (Für die ganz Schlauen, hier im Beispiel mit konstanter Wortlänge)

Und dann kann der Decodierer/Wandler der berühmte DAC mit diesen Daten das analoge Signal erzeugen. Und hier entstehen Abweichungen von der mathematischen Beschreibung der Informationen (Informatik ist angewandte Mathematik) wie Jitter und andere Artefakte. Weil die reale Natur, zu der auch der elektrische Strom gehört, nicht ideal ist.

Noch ein Hinweis: in der digtalen Welt gibt es die reine Ruhe, nämlich wenn alle bits auf 0 sind. Was in der Natur nur bei theoretischen 0°Kelvin möglich wäre (– 273,15 °C), aber in der realen Welt nicht vorkommen kann.

00000001 Roland

[uli.brueggemann]

also habt Ihr eigentlich schon was vom sogenannten "buffer" gehört?

Roland,

die Frage stell ich mir auch schon lange.
[Zu dem USB-Text bei ComputerAudiophile wird übrigens im nachfolgenden Blog auch diesselbe Frage gestellt. Dort wird dann darauf verwiesen, dass der zumeist verwendete TI Chip aufgrund seiner Implementierung anscheinend trotzdem Jitter erzeugen kann].

Aber die Buffer-Frage ist trotzdem tricky.

Einfachster Fall: zeitliche Entkopplung. Die Pits und Lands sind auf der CD "gespeichert", die CD ist der Buffer. Erst danach, also zeitlich unabhängig von der CD-Erstellung wird die Musik gespielt. Dasselbe wäre auch bei einer Festplatte etc.
Also braucht man nur sauber getaktet sequentiell auslesen und es sollte alles gut sein.

Realität und damit schwieriger:
Zwischen Quelle und Ausgabe hängt ein Computer und der tut auch noch andere Dinge. Also braucht man wieder einen neuen Buffer zwischen Computer und DAC. Den findet man in jeder Soundkarte. Wenn es nun nur einen Puffer gibt, tritt das Problem der Koordinierung auf: wann darf wer schreiben und lesen? Dazu braucht es schon eine äusserst ausgeklügelte Logik, um bei nur einem Puffer die Zugriffsrechte zu verwalten. Und das bei asynchronem Betrieb und unterschiedlichen Schreib-/Lesetakten.

Ordentliche Lösung:
Zwei Puffer. Jeder Partner (CPU, DAC) greift immer auf den jeweils anderen Puffer zu. Das ist z.B. die Lösung wie auch ein ASIO-Treiber spezifiziert ist. Und wenn dann das Schreiben schneller erfolgt als das Auslesen (anschliessend tut die CPU irgendwas anderes), dann braucht der DAC nur einen Bufferswitch ausführen und weiter gehts mit konstanter Taktrate bei der Wiedergabe. Und bei dem Switch erfährt die CPU,dass sie den anderen Puffer aufzufüllen hat.

Mit dieser Lösung ist es total egal, ob die Daten über USB, spdif, wireless,Internet oder Timbuktu laufen.

Quizfrage: Die ASIO-Puffer sind noch mit dem PC-Speicher realisiert. Im Prinzip bräuchte es solche Doppel-Puffer auf der Soundkarte unmittelbar vor dem DAC. Und ... Gibt es solche Puffer? Seltsam, ich hab noch nie was darüber in den Spezifikationen gelesen. Aber ich bin kein Hardwarespezi.

Grüsse, Uli

[tinnitus]

Hallo @Uli
ich komme von der Informatikseite, und mich interessiert nicht wo irgendwelcher Buffer liegt.
Das ist mir wurscht. Nur aus irgendeinem Bufferspeicher liest der DAC seine Daten, wie das technisch realisiert ist, ist doch Nebensache. Nur der DAC muss für seinen Taktzyklus die ausreichende Anzahl von Informationen erhalten um arbeiten zu können, sonst "stottert" er. Und das die CD die Pit Informationen sequentiell gespeichert hat, ist reine Historie, und nicht notwendig. Man hätte sie auch wild verteilt speichern können, wie auf USB-Sticks, HDs. Nur zum Verarbeitungszeitpunkt müssen sie in der richtigen Reihenfolge und vollständig zu Verfügung stehen. Nichts anderes geschieht bei der Informationsverarbeitung über Netze. Der Sender schickt seine "Tonpaketsamplestücken" über den Ozean und weiss nicht über welchen Kanal das Stückchen gesendet wird und in welcher Reihenfolge sie ankommen. Der Empfänger wartet halt solange bis ausreichend "Stückchen" vorhanden sind, in der richtigen Reihenfolge und ohne Lücken (gepuffert) und dann kann mit der Verarbeitung losgelegt werden. Wenn es nicht austeichend "Futter" gibt bleibt der Stream halt stehen. Stille oder Stotter wenn es weitergeht.
00000002 Roland

[uli.brueggemann]

Roland,

informationstheoretisch gesehen braucht es dann auch keine Puffer. Dann ist alles egal ausser dass eben zum richtigen Zeitpunkt das richtige Bit/Byte am Wandler sein muss.

Nur hilft das nicht weiter, es muss auch realisiert werden. Und da kommt dann praktische Physik mit all den Unzulänglichkeiten ins Spiel. Darüber hab ich nun wiederum filosofiert.

Uli

[tinnitus]

Hallo Ulli,

vielen Dank für den Hinweis zu diesem Artikel. Ich möchte hieraus aus zitieren:

There is data and then there is the timing of when the data is presented to the D/A chip. This timing is not stored on the disk. Only the data is stored on the disk. The timing is recreated at playback time. No relationship to the music timing or beat.

Hier in Forum wird der "jitter" bei jeder bit-Übertragung als hörbares Echtzeitphänomen auch bei DV internen Übertragungen, hauptsächlich im gewohnten Kabel (Leitungsbereich) diskutiert. In der digitalen Daenverarbeitung laufen die Prozesszyklen der Verabeitung in weit höheren Regionen und flapsig dahergesagt ist Audiotempo hier quasistatisch. Jeder Datenbuffer lagert die Informationen für einen bestimmten Zeitraum statisch ab. Dann haben wir den Zustand "data with no timing".
Und weiter möchte ich aus dem Artikel zitieren

The only clock that is important is the one in the end-point device.

Die ganze Jitterproblematik liegt doch dann im DAC Bereich. Hier werden die Samples (und nicht die bits) wieder in analoge Signale umgesetzt, egal ob der Signalweg über Netzwerkprotokolle (die alles andere als für zeitgerechte Datenübertragung entwickel wurden), noch USB, Firewire oder SPDIF usw... führte. Über den Jitterzuwachs in DV Komponenten wieICs, Speichern, Käbelchen, Platinenleitungsstrecken höre ich nix.

Einfach gesagt ist digitale Audiodatenverarbeitung nichts andres als "Musik mit Zahlen". Und ich höre und rechne damit sehr gerne. Als Erfinder des Jitter wird ein gewisser Heisenberg vermutet und daher wird es ihn immer geben.

Daher hat auch der Author des Artikes recht, alle Kraft in die Realisierung guter D/A Wandler, die die Eingangsdaten (data) in das Ursprungsanalogsignal umsetzen und das möglichst exakte timing dabei einzusetzen.

Gruß vom Rechenknecht Roland

[Alex8529]

Schönen Nachmittag,

Jitter, des Teufels Großmutter in der Audio-Technik....

Jitter in der digitalen Übertragung ist ja vereinfacht nichts Anderes, als die vom Ideal abweichende unterschiedliche Zeit-Länge der Nullen und Einsen.

Das macht aber nichts, solange der Empfänger diese Nullen und Einsen trotzdem richtig interpretiert.

Selbst in Echtzeit-Industrie-Bussystemen für hochsichere Anwendungen sind Jitter existent, und was besonders wichtig ist, problemlos zu beherrschen.

Dann gibt es noch Jitter in der AD/DA Wandlung, wie schon vorab erwähnt. Erreichen diese Wandler eine genügend hohe Abtastrate ist auch alles gut.

Beste Grüße

Frank

[Fujak]

Die ganze Jitterproblematik liegt doch dann im DAC Bereich.

Hallo Roland,

das trifft aber nur dann zu, wenn der DAC den Takt gibt. Bei den meisten PC -> DAC Systemen gibt der PC den Takt vor. Ausnahmen sind die Interfaces mit eigener Master-Clock (RME Fireface, Benchmark oder Ayre, Wavelength mit ihrem assynchronen Modus). Da diktiert der DAC, in welchen zeitlichen Portionen er seine digitalen Häppchen zugefüttert bekommen möchte und kann sich daher nicht verschlucken, also nur wenig Jitter.

Grüße
Fujak

[tinnitus]

Hallo Fujak,

das ist ja armselig, dass die "meisten" DACs ihre Daten nicht ordentlich zuwischenspeichern. Schon die billigsten Drucker können das. Das meiste an Digitalaudio ist einfach nur verarsche. (sorry ob der groben Ausdrucksweise).

Roland

P.S. Mein ERGO ist da viel braver, er macht ein upsampling auf 96/24 faltet dann noch mit "roomperfect" und wandelt im einheitlichen eigenen Takt.

[Fujak]

Das meiste an Digitalaudio ist einfach nur verarsche. (sorry ob der groben Ausdrucksweise).
.

Hallo Roland,

ich würde es dahingehend abändern: Vieles in Digitalaudio ist billig und nicht konsequent zu Ende gedacht. Das liegt aber auch daran, dass es für viele zu Ende gedachte Lösungen, die dann natürlich deutlich mehr Geld kosten, keinen Massenmarkt gibt, der solche Produkte für viele Hersteller rentabel macht.

Wie der Massenmarkt aussieht, davon kann man sich ein Bild im Hifi-Forum machen. Dort gehört man in die Voodoo-Ecke, wenn man äußert, dass Auswirkungen von Jitter hörbar sind, oder unterschiedliche USB-Kabel im Audio-Streaming unterschiedlich klingen etc.

Im Massenmarkt gilt: digital ist digital, weil da werden eh nur Einsen und Nullen übertragen, und wo bitte sollen da die Unterschiede herkommen? Hinzukommt, dass die Wiedergabekette von 95% aller Musik-Konsumenten qualitative Unterschiede in der digitalen Signalübertragung überhaupt nicht hörbar machen können. Dann fehlt natürlich die subjektive Legitimation dafür, weshalb ich für einen vernünftigen DAC mehr als 150,- Euro und für eine Soundkarte mehr als 50,- Euro ausgeben sollte. Und der Hersteller fragt sich, weshalb er für einen Nischenmarkt so viel an Entwicklungskosten ausgeben sollte.

Grüße
Fujak

[wgh52]

Gerade kopierte ich einige GB Musik von USB Stick auf USB Harddisk, um sie dann über den Teac abzuspielen. Dabei kam mir vor dem Hintergrund der USB-Kabel"klang"- und USB-Jitter-Diskussionen dieser Gedanke:

Wie verhält sich diese ganze Problematik eigentlich, wenn man Musik einfach vom USB Stick abspielen würde? Also Stick mit Musik einfach vorne in den Teac und los gehts!

Dann gibt's keine Kabel, kein Laufwerk, kein weiteres Netzteil, usw., usf.

Hat das schonmal jemand probiert? Leider komme ich selbst momentan nicht dazu, wollte Euch aber die Idee nicht vorenthalten...

Gruss,
Winfried

[schauki]

.....
Wie der Massenmarkt aussieht, davon kann man sich ein Bild im Hifi-Forum machen. Dort gehört man in die Voodoo-Ecke, wenn man äußert, dass Auswirkungen von Jitter hörbar sind, oder unterschiedliche USB-Kabel im Audio-Streaming unterschiedlich klingen etc. ...

Naja, ich sag mal diese Unterschiede sofern vorhanden sind ja wirklich, auch messtechnisch, nicht sonderlich groß. Sagt jetzt jemand er hört Unterschiede, darf es nicht verwundern dass es hinterfragt wird - vor allem dort.

Und auch ich will, sofern es sich um Punkte handelt die sich bei weitem nicht deutlich über den üblichen Hörschwellen bewegen, schon eine Art "Beweis" für diese angeblich hörbaren Unterschiede.

Okay bei manchen nicht, da weiß ich dass da nichts mehr dabei rauskommt.

@Winfried
Moment!
Das mit den USB Sticks/SD Cards habe ich schon patentiert (im anderen Thread). Aber dann nur die besten/schnellsten Class10 weil die klingen dann ja auch besser als ... Und dann gibts Lesegerät-Tuning usw. Alles deutlich bis sehr deutlich hörbar.

Nein, für mich ist da echt vieles zu weit weg. Da bin ich echt froh dass ich keine "Kette" habe (und nie haben werde/will), die solche Unterschiede aufdeckt.

Auch mein Projektor ist zum Glück schlecht genug, um keine Unterschiede zwischen HDMI Kabel aufzudecken.

mfg

[aktivator]

Hallo zusammen
Ja weniger ist oft mehr,was ist hieraus geworden !!!

Gerade kopierte ich einige GB Musik von USB Stick auf USB Harddisk, um sie dann über den Teac abzuspielen. Dabei kam mir vor dem Hintergrund der USB-Kabel"klang"- und USB-Jitter-Diskussionen dieser Gedanke:

Wie verhält sich diese ganze Problematik eigentlich, wenn man Musik einfach vom USB Stick abspielen würde? Also Stick mit Musik einfach vorne in den Teac und los gehts!

Dann gibt's keine Kabel, kein Laufwerk, kein weiteres Netzteil, usw., usf.

Hat das schonmal jemand probiert? Leider komme ich selbst momentan nicht dazu, wollte Euch aber die Idee nicht vorenthalten...

Gr. Andreas